Конструктивно-функциональный подход к моделированию задач управления войсками и оружием
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 6 (11-12) / 1996, стр. 26-31
Конструктивно-функциональный подход к моделированию задач управления войсками и оружием
Полковник В.А.КЕЖАЕВ,
кандидат технических наук, доцент
ИССЛЕДОВАНИЕ функционирования человеко-машинных систем, к которым относятся АСУ войсками и оружием, считается весьма сложным и трудоемким процессом, в частности из-за проблем с формализацией данных и реализацией алгоритмов работы на ЭВМ. На сегодня общей теоретической базы для кардинального решения таких вопросов нет, она только формируется на основе математических методов, ранее использовавшихся в различных областях науки и техники. Практически происходит интеграция в единый комплекс средств моделирования сложных систем, всевозможных математических методов, в том числе методов описания объектов управления, математической логики, теории принятия решений, теории управления и т.д. Здесь выделяются два перспективных направления: развитие методов получения оптимальных управленческих решений в условиях автоматизации управления и совершенствование самих процессов автоматизированного управления, инвариантных к видам объектов управления.
Не раскрывая первого, традиционно изучаемого направления работ по созданию теории автоматизации получения управленческих решений и анализируя второе, можно отметить: объективно сложилось так, что проблемы автоматизации управления войсками и оружием обычно рассматриваются с точки зрения исследования собственно процесса управления. Такой подход условно можно назвать макроподходом, в большинстве случаев он явно или опосредованно реализует идею «черного ящика». При этом в качестве инструментального средства, как правило, используют моделирование (математическое, имитационное, логико-лингвистическое И ситуационное) как наиболее мощный метод исследования.
Изучение особенностей существующих средств автоматизации, предметной области задач управления, а также специфики работы должностных лиц по их реализации в мирное время, в угрожаемый период и в ходе боевых действий показало, что акцент в области исследования процессов управления войсками и оружием необходимо сместить на микроуровень. Методология исследования при этом остается прежней, меняется только сам предмет исследования.
Действительно, управление реализуется через деятельность должностных лиц органов управления, которая представляет собой упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимозависимых задач, решаемых во времени. Следовательно, переход к анализу составляющих управления на микроуровне приводит к рассмотрению в качестве предмета исследования самой задачи управления. Это способствует поиску радикальных путей решения проблем в предметной области за счет декомпозиции и детализации исследования управленческого процесса при условии интеграции всех элементов моделирования задач управления в рамках единой системы. Последняя позволяет: строить и анализировать математические модели задач управления; обосновывать и разрабатывать методы решения структурированных, слабоструктурированных и неструктурированных задач управления; непосредственно разрабатывать алгоритмы и проводить экспериментальную оценку их эффективности; осуществлять моделирование боевых действий войск, применение оружия на основе формализованного представления этих процессов; применять перспективные информационные технологии в процессах управления; использовать средства вычислительной техники для решения задач управления различного типа, в том числе в составе АСУ, с целью повышения степени реализации боевых возможностей войск.
Практический анализ развития каждого из указанных направлений, а также оценка степени использования теоретических достижений в этих областях в интересах войск дают основание сделать следующие выводы.
Отсутствует теория решения задач управления, которая позволила бы рассматривать их в качестве предмета исследования и разрабатывать научные основы моделирования подобных задач средствами штатных АСУ.
Результаты, полученные отечественными и зарубежными учеными в перечисленных научных областях, используются, как правило, в интересах войск изолированно, без должного учета принципов системного подхода и их взаимной увязки.
Нет единой научной концепции построения АСУ, без которой невозможно в полном объеме реализовать интеграцию интеллектуальных способностей должностных лиц органов управления и огромного вычислительного потенциала современных ЭВМ.
Автоматизация процессов управления по ряду объективных и субъективных причин осуществляется крайне упрощенно и прямолинейно, без использования передовых информационных технологий.
Такая ситуация в области теории и практики автоматизации процессов управления войсками и оружием объективно свидетельствует о принципиальном характере возникшей проблемы, которую в рамках традиционных технологий разрешить невозможно. Это привело к необходимости поиска альтернативных путей ее решения, обусловило интенсификацию научных исследований по данной тематике, включающих: создание подходов, методов и средств, позволяющих повысить научную обоснованность работ по исследованию задач управления как предмета автоматизации; разработку теоретических основ построения интегрированной системы моделирования задач управления, ее различных компонентов и средств; совершенствование научно-методического аппарата моделирования задач управления на конструктивном и функциональном уровнях; экспериментальную оценку алгоритмов оптимизации решения структурированных, слабоструктурированных и неструктурированных задач управления.
При традиционной технологии решение задач управления начинается с субъективного восприятия заказчиком, должностным лицом органа управления или специалистом в соответствующей предметной области объективной цели управления, которая, собственно говоря, и приводит к появлению задачи управления в виде идеальной модели. Затем эта задача претерпевает ряд изменений, последовательно трансформируясь из одной формы представления в другую: вербальная постановка, математическая модель, алгоритмическое описание, программная реализация (рис.1).
Рис.1. Технологам решения задач управления
Между тем традиционная технология имеет следующие недостатки: многофазный характер типовой схемы решения задачи управления не приводит к появлению новой информации, соотнесенной с конечной целью, обусловливающей необходимость получения результатов; деление процесса решения на отдельные этапы резко повышает вероятность потери информации, поскольку в реализации каждого из них участвуют специалисты, оперирующие специфическими понятиями и терминологией той предметной области, в которой они являются профессионалами. Это затрудняет их взаимопонимание и непосредственно отражается на конечном результате. Кроме того, практика разработки уникальных моделей и алгоритмов для каждой конкретной задачи изживает себя, так как прикладных задач управления оказалось настолько много, что просто неразумно использовать традиционный подход. Например, по подсчетам американских специалистов, уже в тактическом звене только для выбора наилучшего способа действий при организации атаки батальона требуется решить около 500 задач. Следует добавить, что необходимость использования уникальных узкопрофильных специалистов (математиков, системных аналитиков, программистов) снижает степень адаптации к изменениям внутренних и внешних условий, не позволяет оперативно отслеживать новые тенденции в теории управления и изменения в предметной области, а искусственное организационно-технологическое разделение стадий построения математических моделей задач управления и непосредственного их использования затрудняет научно-практическое сопровождение на этапе эксплуатации.
Перечисленное, к сожалению, усугубляется спецификой предметной области, особенностями самих задач управления, имеющимися взглядами на построение АСУ войсками и оружием. К числу такого типа факторов, в частности, относятся: преобладание тенденции создания аппаратно-зависимого программного обеспечения, что вынуждает перерабатывать его при создании нового средства автоматизации на 75-100%; централизованная схема обработки задач управления в рамках существующих АСУ; низкая надежность отечественных средств АСУ и связи; невозможность использования АСУ для решения слабоструктурированных и неструктурированных задач управления; практическое отсутствие адаптивности к организационно-штатным изменениям и возможностей по реконфигурации в процессе эксплуатации; нерациональное и необоснованное распределение функций между должностными лицами органов управления и ЭВМ в реализации основных этапов данной технологии.
Проведенный анализ показывает, что традиционная технология решения задач управления в АСУ войсками и оружием практически исчерпала свои возможности, не отвечает перспективным требованиям и не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности средств поражения. Поэтому необходим поиск современных подходов к решению задач управления.
В качестве альтернативного варианта решения проблемы предлагаем интегрированную систему моделирования (ИСМ) задач управления, позволяющую создать условия для максимального использования интеллектуальных способностей должностных лиц органа управления и вычислительных возможностей современных ЭВМ.
Принципиально новым здесь является использование передовых информационных технологий, а именно: введение элементов искусственного интеллекта, обеспечивающего моделирование неструктурированных задач управления; использование модели предметной области, позволяющей перейти от статической схемы к динамической, благодаря чему можно оперативно корректировать условия и ход решения подобных задач; ликвидация организационной разобщенности исполнителей при решении задач управления; отсутствие необходимости привлечения уникальных специалистов; органичное объединение в рамках одной системы двух процессов - построения моделей и их использования, т.е. реализация конструктивной и функциональной составляющих моделирования, благодаря чему можно решать до 80% всех задач управления на основе типовых структур с параметрической настройкой (адаптацией); охват всего многообразия задач управления - структурированных, слабоструктурированных и неструктурированных; реализация идеи автоматизированного построения математических моделей задач управления, что дает возможность перераспределить функции между человеком и ЭВМ (в рамках традиционной технологии эти функции полностью выполнялись человеком); придание системе свойств универсальности, динамичности и инвариантности.
Следовательно, интегрированная система моделирования задач управления - функционально полная открытая система, обладающая гибким интерфейсом и позволяющая в режиме интерактивного диалога обеспечивать решение всего комплекса задач управления.
Основные элементы предлагаемой интегрированной системы моделирования задач управления, реализуемые средствами АСУ, показаны на рис.2. К ним относятся: подсистема управления моделированием и оценки результатов, включающая блок ввода входного сообщения, блок анализа и оценки результатов моделирования и блок организации и ведения интерактивного диалога; подсистема предметно ориентированного интерфейса, содержащая модель предметной области, базы данных и базы знаний; подсистема конструктивного моделирования с блоками синтеза и автоматизированного построения моделей задач управления; подсистема функционального моделирования с экспериментально-исследовательским блоком и блоком решения задач управления; анализатор вида задач управления, форм их представления и реализации.
Рис.2. Структура интегрированной системы моделирования задач управления
В рамках предлагаемой нами ИСМ порядок операций при решении задач будет следующим.
Оператор на основе субъективного восприятия цели управления, используя модель предметной области, формулирует задачу в терминах ограниченного естественного языка и с пульта управления моделированием вводит ее в ИСМ.
Анализатор входного сообщения с помощью лингвистического и семантического процессоров осуществляет проверку корректности представления задачи управления.
Производится анализ вида задачи управления, формы ее представления и реализации в целях определения характера последующего конструктивного моделирования.
В зависимости от результатов анализа информация о задаче управления дифференцированно поступает в подсистему конструктивного моделирования, либо в блок синтеза, либо в блок автоматизированного построения моделей задач управления.
В блоке синтеза моделей задач управления в режиме интерактивного диалога на основе сведений о типовых моделях, методах, алгоритмах и эвристиках осуществляется построение рабочей функциональной модели задачи управления. При этом сначала производится детальная идентификация типа задачи по следующим признакам: структурированные - информационно-справочные, расчетные и оптимизационные задачи; слабоструктурированные задачи управления, реализуемые в виде типовых (либо приводимых к таковым) оптимизационных задач и моделей боевых действий войск (применения оружия); неструктурированные задачи управления, решаемые с помощью подсистемы эвристического моделирования.
В блоке автоматизированного построения моделей задач управления процессор строит рабочую функциональную модель с использованием сведений из баз данных и знаний. Она поступает в подсистему функционального моделирования, либо в экспериментально-исследовательский блок для всесторонней проверки и тестирования, либо в блок решения задач управления.
Далее полученные в подсистемах конструктивного и функционального моделирования результаты анализируются и оцениваются в подсистеме управления моделированием в целях выработки обоснования для последующего принятия решения оператором.
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы.
Первый. Работы в области теории управления и опыт, накопленный органами управления войсками и оружием, выявили несовершенство методологии самого процесса исследования и привели к необходимости ее развития на основе передовых информационных технологий. Следует отметить нетрадиционность задач как объектов исследования вообще и задач управления как объектов моделирования в частности.
Второй. В одном взгляды специалистов полностью сходятся: в основе должен лежать системный подход. Управление следует рассматривать как процесс функционирования единой системы, в которой частные цели отдельных задач, их содержание, логика и последовательность выполнения должны быть подчинены общей цели - получению качественного управления при минимальных затратах всех видов ресурсов.
Третий. Математическое обеспечение АСУ войсками и оружием должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации управления. Построение ИСМ должно осуществляться на основе общих принципов разработки математического обеспечения АСУ, что позволит выделить в нем функционально полную подсистему, характеризующуюся единством содержания при относительной самостоятельности в достижении целей эффективного обеспечения процессов управления в мирное время, в угрожаемый период и в ходе боевых действий.
Четвертый. Рассмотренные проблемы непосредственно связаны с автоматизацией процесса управления как объектом исследования. Специфика предметной области потребовала использования нетрадиционных подходов к анализу существующих проблем в области автоматизации управления войсками и оружием, к выбору адекватных методологических, методических и иных приемов исследования и к разработке соответствующего инструментария их реализации.
Военная мысль. - 1993. - №5. - С. 67-72.
